真空断路器关合操作中涌流侵蚀后微观接触表面状态的演变机制及其对预击穿特性的影响

《Vacuum》：Evolution of Microscopic Contact Surface Condition in VCB During Closing Operations After Inrush Current Erosion

本文聚焦真空断路器(VCB)在电容投切过程中由涌流(inrush current)引发的接触表面侵蚀问题，通过实验揭示了微观接触表面状态在关合操作中的动态演变规律。研究发现接触碰撞与场致发射电流(field emission current)的交替作用会显著改变场增强因子β，进而影响预击穿间隙(prestrike gap)的分散性，为串联双断口VCB在环保型无功补偿系统中的应用提供了理论支撑。

　　

Highlight

预击穿特性

每次关合操作中的预击穿间隙以散点图形式呈现，如图7所示。预击穿间隙的互补累积概率分布是研究预击穿特性的关键参数，它反映了关合过程中两触头间的绝缘特性。预击穿间隙d_pre定义为预击穿时刻两触头间的距离，其分布遵循威布尔分布规律。

场增强因子β与预击穿间隙d的关系

在电力系统中，背靠背电容器组广泛用于无功补偿。投切过程中产生的高幅值、高频涌流会侵蚀触头表面，导致局部熔焊。触头分离时这些焊点断裂形成表面缺陷，如突起、凹坑和金属颗粒。在后续直流关合操作中，这些缺陷会加剧局部电场畸变，显著提升场增强因子β值。

Conclusion

本研究分析了经涌流侵蚀后的真空灭弧室(VI)在直流电压下的预击穿特性，揭示了场增强因子随关合次数增加的演变趋势。主要结论包括：

1）经20kA/4250Hz涌流侵蚀后，VI在30kV直流电压下的特征预击穿间隙d₁₀、d₅₀和d₉₀分别为1.86±0.01mm、1.63±0.01mm...（后续数据省略）